МОУ «Куровская средняя общеобразовательная школа № 1»
Интегрированный урок
по биологии и химии
в 10 классе
«Белки, их строение, свойства и функции».
( 90 мин.)
Выполнили: учитель биологии Щукарева Любовь Николаевна,
учитель химии Полякова Татьяна Григорьевна.
Цель урока:
1.Дать понятие о белках – природных полимерах, о многообразии их функций о взаимосвязи со строением и свойствами.
2.Информировать школьников о гигиене питания, о сохранении своего здоровья.
Оборудование:
Оборудование и реактивы для лабораторной и практической работ, магнитная доска, модели структур белка, самодельные таблицы, два яйца, музыка.
План урока:
1.Вступление.
2.Основная часть:
— Историческая справка о белках.
— Классификация белков.
— Строение белков.
— Структура белка.
— Свойства белков.(лабораторная работа)
-Логический брифинг.
— Функции белков.(практическая работа)
— Роль белков в организме.
3.Заключение, итоги урока.
Организационный момент.
Д.З.: кроссворд « Белки», биология п.11 учебник «Общая биология 10-11 класс» Пасечник, Криксунов, Каменский.; химия п.27 учебник «Химия 10 класс» Габриелян, Маскаев.
Вступление:
учитель биологии:
На фоне музыки — Н.Басков » Мгновение.» — читает стих С.Я.Надсона:
Меняя каждый миг свой образ прихотливый,
Капризна как дитя и призрачна как дым,
Кипит повсюду жизнь в тревоге суетливой,
Великое смешав с ничтожным и смешным.. .
С чем, с какими материальными объектами связана тайна жизни? Это один из главных вопросов ,на который пыталась ответить наука на протяжении своей истории. Довольно давно ученые поняли, что важную, а может быть, и главную роль во всех жизненных процессах играют белки.
Символом начала жизни всегда было яйцо. Вот почему белок птичьих яиц дал название всему классу белков, которые, как мы знаем теперь, содержатся в любой клетке организма. Когда в XIX веке обнаружили, что белки—главные компоненты живых клеток, все проявления жизни стали связывать только с ними. Экспериментального материала было достаточно, чтобы дать определение жизни:(на доске плакат со словами Ф.Энгельса «Жизнь есть способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой…причем с прекращением этого обмена веществ прекращается и сама жизнь, что приводит к разложению белка.»
Обращение к классу: Выделите, пожалуйста, ключевые слова в первой части определения. (ЖИЗНЬ И БЕЛОК-понятия взаимосвязанные.)
Учитель биологии: Во 2-ой части наука представляет процесс жизни — это переплетение сложнейших химических процессов взаимодействия белков между собой и другими веществами. Отдельные очищенные белки не характеризуют признаки жизни. Это свойство только сложных систем, состоящих из различных белков и других соединений. Джон Д.Бернал — член королевского общества Британской Академии наук в конце XIX века сказал: «Нельзя приписывать свойство жизни какому-либо одному соединению, оно лишь проявляется в результате многообразных реакций ,в которых участвуют различные соединения.»
Возникает вопрос: не устарело ли определение жизни, данное Энгельсом более 100 лет назад?
Известно несколько десятков определений жизни.
М.В.Волькенштейн- отечественный ученый- современное определение: «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров—белков и нуклеиновых кислот».
( Ответ: Современная наука расширила, углубила и наполнила новыми представлениями понятие жизнь. Открытая система—система, постоянно обменивающаяся веществом и энергией с окружающей средой. Саморегуляция и самовоспроизведение этой системы базируются на свойствах входящих в её состав белков и нуклеиновых кислот.)
Когда 200 лет назад химики начали изучать белки, они и не подозревали, что берут в руки ключ к целому неизвестному миру. Белки и нуклеиновые кислоты – очень важные детали картины мира, они позволили связать воедино, найти точку пересечения мира неживого и мира живого. Постижение тайн белков и нуклеиновых кислот позволило осознать мир как гармоничное целое.
ВЫВОД : Чтобы ответить на вопрос—Что такое жизнь?, нужно прежде всего раскрыть тайну веществ, лежащих в ее основе, т.е. ответить на вопрос — Что такое БЕЛОК.
На сегодняшнем уроке мы закрепим знания, полученные на уроках биологии, а так же узнаем много нового из жизни белков. Мефистофель в «Фаусте» Гёте говорит:
…Живой предмет желая изучить,
Чтоб ясное о нем познанье получить,—
Ученый прежде душу изгоняет,
Затем предмет на части расчленяет…
Класс знакомится с планом урока(он на доске)и получает задание вести конспект урока в тетрадях.
Учитель химии:
а) Историческая справка: Вещества белковой природы известны с древних времен. Изучение их начато в середине 18 века, но только через 100 лет ученым удалось систематизировать свойства изученных белков, определить их состав и сделать вывод, что белки — это главный компонент живых организмов. Большой вклад в изучение белков внёс русский ученый А.Я.Данилевский, один из основоположников отечественной биохимии. В 1888г. он предложил теорию строения белковой молекулы. Экспериментально доказал, что действие сока поджелудочной железы на белки представляет собой гидролиз.(схема на столах)
В 1903 г. немецким учёным Фишером была высказана пептидная теория, давшая ключ к тайне строения белка. Фишер предположил ,что белки представляют собой полимеры аминокислот, соединённых пептидной связью.
Мы знакомы с вами с белком пепсином—он содержится в желудочном соке и участвует в пищеварении, белок тромбин участвует в свёртывании крови, инсулин регулирует обмен глюкозы, гемоглобин транспортирует кислород ко всем клеткам и тканям организма……,белок кератин выполняет строительную функцию ,из него состоял кожа, волосы, перья. Коллаген—компонент соединительной ткани.
б)Классификация белков: Откуда же берется это бесконечное многообразие белковых молекул, многообразие их функций и их особая роль в жизненных процессах? Для того чтобы ответить на эти вопросы обратимся к составу и строению белков.
В состав белков входят атомы водорода (Н), углерода (С),азота (N),
серы (S) кислорода (О). Ферментные белки содержат Р (фосфор), Fе (железо),Сu (медь),Zn(цинк) .Белки обладают рядом особенностей, прежде всего громадной молекулярной массой:
спирт-46,уксусная кислота—60,альбумин—3600, гемоглобин—152000, миозин (белок мышц)—500000.
Вывод: Молекулы белков — это молекулы-великаны, их называют макромолекулами.
Ученик: знакомит с классификацией
Учитель химии:
в)Строение белков.
Среди органических соединений белки самые сложные. Прежде чем говорить о строении белков, надо вспомнить, что такое аминокислоты.
Общая формула аминокислот:
Вопросы классу:
1.Какими свойствами обладают аминокислоты? ( амфотерные органические соединения)
2.Какие функциональные группы обуславливают эти свойства? ( ОН, NН2 ) См.таблицу (на столах листы)
В состав белков входит 20 различных аминокислот, отсюда следует огромное многообразие белков, при их различных комбинациях.Как из 33 букв алфавита мы можем составить бесконечное множество слов, так из 20 аминокислот бесконечное множество белков. В организме человека их насчитывается до 100000.Как же из аминокислот образуется белковая молекула. Упрощённо синтез полипептидов можно изобразить так: (табл. Строение трипептида.)
На магнитной доске -А-А-А-А- полимер .
Ученик работает у доски, другие в тетрадях (Составить трипептид, формулы взять из таблицы, которая лежит на столе)
Вывод: Белок—полимер, мономерами которого являются аминокислоты, соединённые между собой пептидной связью.
Тот факт, что белки всех организмов построены из одних и тех же аминокислот,
ещё одно доказательство единства живого мира на Земле.
Давайте попробуем из простейшего предельного углеводорода метана (СН 4 )путём
последовательных превращений получить дипептид: (ученик у доски )
г)Структура белка: Важнейшей характеристикой строения белка является последовательность, порядок,в которой аминокислоты связаны в цепи.
Ученик знакомит класс со структурами белка.
Вывод: Чем выше форма структурной организации, чем сложнее белок—тем разнообразнее его свойства.
д ) Свойства белка.
1.Раствори мо с т ь:
Некоторые белки ,например, альбумины хорошо растворимы в воде. Типичный представитель альбуминов — белок куриного яйца.Глобулины растворимы в водных растворах солей, глютелиды растворяются только в растворах щелочей.
2. Многие белки проявляют особую чувствительность к теплу.
Уже при t 600С они быстро утрачивают свои природные свойства -денатурируются. При этом частично или полностью разрушаются водородные связи, происходит выпрямление спиралевидной формы. При более высокой t белки свертываются, коагулируют. Денатурация может проходить при облучении или под действием кислот, растворов солей тяжёлых металлов.
З.Гидролиз белков.
При нагреваний белков со щелочами или кислотами происходит гидролиз. Пептидные связи разрываются и происходит восстановление функциональных групп.
Учитель демонстрирует опыт: берет желудочный сок, который содержит соляную кислоту. То, что раствор кислый доказать очень легко при помощи индикатора — лакмус а. Приливаем лакмус к желудочному соку, индикатор в кислой среде становится красным. Добавляем этот раствор к белку. Окраска индикатора меняется. Запишем уравнение гидролиза.
4.Для белков характерны цветные реакции:
а)Биуретовая ,которая доказывает наличие в белковой молекуле пептидных связей.
б)Ксантопротеиновая ,которая доказывает, что в состав белков входят остатки ароматических аминокислот.
Ученик знакомит класс с исследовательской работой — значение цветных реакций в исследовании анализа мочи и крови.
Лабораторная работа (на столах листы с алгоритмом.) звучит тихая музыка
Учитель биологии проводит логический брифинг (по основным понятиям «белки»)
1группа:1.Научное название белка…
2.Процесс восстановления структурной организации белковой
молекулы называется…
3. Структура белка, свернутая в спираль…
4.Связь, соединяющая остатки АК в полимерную цепь…
2 группа: 1. Мономеры, составляющие основу первичной структуры белка…
2.Конфигурация третичной структуры белка…
3.Гормон поджелудочной железы…
4.Процесс, обратный денатурации…
3группа: 1.процесс, обратный денатурации…
2.Разрушение первичной структуры белка…
3.Реакции, определяющие наличие белка…
4.Структура белка, которая определяется последовательностью
аминокислотных остатков за счет образования пептидных связей…
4группа:1.Сложные белки называются…
2.Какие группы атомов отсутствуют формуле АК ……
3.Продукт гидролиза пептидных связей…
4.Что собой представляет четвертичная структура белка…
(Время 5 минут.)
ж)Функции белков.(работа с таблицей (на доске) )
Ученики делают доклады: 1. Каталитическая (ферменты)
2.Практическая работа
3.Регуляторная
4.Транспортная
5.Защитная
6.двигательная,структурная и энергетическая.
з) Роль белков в организме:
Учитель биологии зачитывает высказывание А.Я.Данилевского о роли белков в клетке: «Как инструменты, исполняющие главную модуляцию, и суть основной части оркестра, так белки ведут главный мотив цитоплазматической гармонии.»
Данные о % содержании белка к сухой массе:
в мышцах человека – 80%
в коже человека—63%
в печени человека—57%
в мозге человека—45%
в костях человека—28%
Вывод: велико значение белка для жизнедеятельности человека и животных.
Количество белков характеризует степень сложности организмов. Если в кишечной палочке их 3000,то в организме человека—более 5 миллионов.
Для человека крайне токсичны соли содержащие ионы Аq,Аu,Вi,Нq,Сd,Сr.Противоядием этим солям служит альбумин (яичный белок), осаждающий их в виде нерастворимых комплексов.
Запасной белок, содержащийся в желтке куриного яйца,—ВИТЕЛЛИН. Это фосфопротеид т.е. сложный белок ,содержащий в своём составе фосфорную кислоту. Кроме этого желток содержит железо, витамины(особенно много А ,Д,Е) Считается, что чем ярче окрашен желток—тем качественнее яйцо, поскольку в этом случае курица питалась естественным образом, а именно—зеленой травой, содержащей кроме хлорофилла еще и пигменты группы каротиноидов. В пищеварительном тракте курицы хлорофилл разрушается, а каротиноиды, как более устойчивые, в конечном итоге накапливаются в курином желтке.
Демонстрация опытов:
1.ОПЫТ:взяли два вареных яйца—магазинное и свойское—разрезали ,желток магазинного яйца был бледно окрашен, что свидетельствует о том, что курица питалась неестественным образом.
Все минеральные вещества в курином яйце находятся в легко усвояемой форме.
2.ОПЫТ: белок +Сu SO4 = осадок (хлопья)
Опыт показывает, что загрязнение природной среды солями тяжёлых металлов приводит к отрицательным последствиям для живых организмов, природные белки теряют присущие им специфические свойства, становятся нерастворимыми, денатурируют, в случаях отравления людей солями тяжёлых металлов (Нq 2+ ,Сu 2+ ,Рв 2+ ) используют молоко, белки которого связывают их.
Белки—важнейший компонент рациона питания человека. Они необходимы организму для восполнения энергетических затрат, построения и возобновления тканей тела, нервной системы. Белки—основа пищевого баланса.
Человеческому организму в среднем требуется 1,1—1,5 г. белка на 1кг. веса.
ЗАДА НИ Я.—решить задачу:
1.вариант: Известно, что для взрослого человека необходимо 1,5 г, белка
на 1кг массы. Зная свою массу, определить норму
необходимого потребления белка для своего организма .
2. вариант: Известно, что при продолжительности жизни 70 лет обновление белка в
организме происходит в среднем 200 раз. Зная свой возраст, предположите , сколько раз произошло обновление белка в вашем организме.
Белковое голодание довольно быстро приводит к тяжёлому расстройству здоровья. Особенно чувствителен к недостатку белка растущий организм детей. Белковая недостаточность приводит к задержке, а затем к полному прекращению роста, вялости , похуданию, тяжёлым отёкам, поносу, воспалению кожных покровов, малокровию, тяжёлым расстройствам функций печени и поджелудочной железы, понижению сопротивляемости организма к инфекционным заболеваниям — вот далеко не полный перечень последствий белковой недостаточности, нередок и смертельный исход. Нарисованная картина характерна для заболевания квашиоркор, получившего широкое распространение среди детей на Африканском континенте, а также в некоторых странах Азии и Америки. Тяжёлые последствия белкового голодания особенно памятны людям, перенесшим блокаду Ленинграда.
Применение белков: Белки находят широкое применение в медицине. Из желатина, получаемого из чистого высушенного костного клея, вырабатываются желатиновые капсулы, в которые помещают лекарственные препараты, разложение их внутри организма должно быть замедлено. Белки, выделенные из плазмы крови (глобулин)применяются при лечении инфекционных воспалений и вирусных заболеваний. Из белка фибриногена вырабатывают фибриновую пленку, используемую при тяжёлых ожогах, фибриновую пену, фибриновую присыпку для остановки кровотечений. Белок гепарин уменьшает свёртываемость крови.
Учащиеся дают основные характеристики продуктам питания.
Дополнения учителя: дополнительным источником белков могут служить одноклеточные организмы — дрожжи, водоросли, непатогенные бактерии, мицеллы, микроскопические грибы, одноклеточные водоросли (хлорелла, сценодемус)
Необходимо помнить ,что большое потребление белков ведёт к образованию в желудочно-кишечном тракте продуктов неполного расщепления, что может вызвать интоксикацию организма, поэтому необходимо помнить о рациональном питании.
Учитель химии: Человек у всегда хотелось чуда. Одним из чудес считалось и остаётся возникновение жизни, превращение неживой материи в живой организм. Чтобы
ответить на вопрос : Что такое жизнь?, надо ответить: Что такое белки? Насколько многообразны белки, настолько сложна, загадочна и многолика сама жизнь. Подтверждением является высказывание Гёте: «Я всегда говорил и не устаю повторять, что мир бы не мог существовать, если бы был так просто устроен.»
Функции белков:
1.Каталитическая:
Самая важная функция белков в организме — биокаталитическая. Белки—двигатели всех химических реакций, слаженно и последовательно протекающих в организме.
Фермент— своеобразный робот, приспособленный для выполнения определенной химической реакции. Если реакция сложная, то ее подобно автоматической линии, поэтапно проводят несколько ферментов.
В 1941 г. король Дании Христиан X вручал известному биохимику Линдерстрём — Лангу высшую научную награду своей страны — медаль Эрстеда за исследования белков и ферментов. Король, вручая медаль, попросил ученого объяснить ему и всем присутствующим, что такое ферменты. Ученый рассказал такую историю. Умирал старый араб. Все его богатство состояло из 17 прекрасных верблюдов (белых).0н собрал своих сыновей и объявил им свою последнюю волю: «Мой старший сын ,опора семьи, должен получить после моей смерти половину верблюдов. Среднему сыну я завещаю треть всех верблюдов. Но и мой младший , любимый сын должен получить свою долю—одну девятую часть стада.» Сказав это, старый араб умер. Похоронив отца ,3 брата стали делить верблюдов. Но исполнить, волю отца они не смогли: невозможно было разделить 17 верблюдов ни пополам, ни на три части, ни на девять частей.
Но тут через пустыню проходил дервиш. Бедный как все учёные ,он вёл с собой чёрного облезлого верблюда, нагруженного книгами. Братья обратились к нему за помощью. И дервиш сказал: «Выполнить волю вашего отца очень просто.Я дарю вам моего верблюда, а вы попробуйте разделить наследство.»
У братьев оказалось 18 верблюдов, и все разрешилось. Старший сын получил половину верблюдов-9 , средний — треть стада-6 и младший сын получил свою долю – 2х верблюдов.
Но 9,и 6,и 2 дает 17,и после дележа оказался лишний верблюд — старый облезлый верблюд учёного. И дервиш сказал:» Отдайте мне назад моего верблюда за то, что я помог разделить вам наследство, а то мне придется самому тащить книги через пустыню.»
Вот этот черный верблюд,—закончил рассказ Линдерстрём — Ланг,—и подобен ферменту. Он сделал возможным такой процесс, который без него был бы немыслим, а сам остался без изменения».
Главное свойство ферментов — ускорять химические реакции в организме, не подвергаясь при этом никаким изменениям.
Ферменты—биокатализаторы. Они обладают тремя особыми свойствами:
—высокой активностью.
—высокой чувствительностью к различным воздействиям.
—специфичностью действия.
2. Этапы гидролиза белка в организме:
—Под действием белков—ферментов в желудке происходит расщепление белковых молекул до полипептидов с меньшей молекулярной массой.
—В кишечнике они гидролизуются до отдельных аминокислот.
—Смесь аминокислот всасывается слизистой оболочкой тонкого кишечника.
—Через систему воротной вены смесь аминокислот попадает в печень.
—Затем разносится кровью по всем органам и тканям.
—Аминокислоты расходуются на синтез белка(увеличение белковой массы, рост, обновление) и нуклеиновых кислот, а также распадаются в процессе жизнедеятельности.
3. Регуляторная (гормоны)
Гормоны производятся в особых клетках мозга, находящихся в гипоталамической части и в гипофизе, например гормон роста, а также в специальных клетках поджелудочной железы, например инсулин и глюкагон. Но не все гормоны — белки. Белковые и небелковые гормоны влияют на организм, изменяя активность ферментов. Например, большая группа белков — факторов роста — активизирует ферменты синтеза ДНК в клетке и таким образом усиливает деление клеток. Это важно для восстановления тканей при ранениях и после операций. Но слишком интенсивное деление клеток ведёт к их неконтролируемому росту (злокачественные опухоли) Блокировать избыточный синтез факторов роста — значит привести к подавлению роста злокачественной опухоли. На этом пути учёные ищут новые средства лечения рака. Белки-гормоны оказывают влияние на обмен веществ. Они поддерживают постоянные концентрации веществ в крови и клетках, участвуют в размножении и других жизненно важных процессах. Одним из наиболее известных белков-гормонов является инсулин, который снижает содержание сахара в крови. При стойком недостатке инсулина содержание сахара в крови увеличивается и развивается сахарный диабет. Синтез человеческого инсулина генно-инженерными методами открыл новые возможности для лечения больных сахарным диабетом.
4. Транспортная.
В крови, наружных клеточных мембранах, в цитоплазме и ядрах клеток есть различные транспортные белки, которые обеспечивают активный и строго избирательный транспорт веществ.
Например, гемоглобин. Он переносит кислород из лёгких к клеткам др. тканей и органов. Белки сыворотки крови способствуют переносу липидов и жирных кислот различных биологически активных веществ.
5. Защитная.
Специальные белки – иммуноглобулины – являются антителами к антигенам (чужеродным белкам), они связывают и выводят антигены из организма, препятствуют размножению бактерий и вирусов, нейтрализуют выделяемые ими токсины. Пример, в лимфатических тканях (вилочковая железа, лимфатические узлы, селезенка), вырабатываются лимфоциты-клетки, синтезирующие антитела. Поэтому у человека и животных одна из главных систем — это иммунная система.
Также в клетках человека и животных синтезируются специальные противовирусные белки-интерфероны. Они через систему посредников активируют в клетки фермент, расщепляющий вирусные нуклеиновые кислоты, и включает синтез фермента, блокирующего аппарат синтеза вирусных белков.
Внешнюю защитную функцию выполняют некоторые токсичные для других организмов белки (например, содержащиеся в яде змей, скорпионов)
6. Коротко о других белках:
Белки-ферменты — амилаза; превращают крахмал в глюкозу.
Структурные — кератин; главный компонент волос, ногтей, рогов, копыт.
коллаген; главный компонент сухожилий, связок, хрящей.
Белки-гормоны — вазопрессин; стимулирует обратное всасывание H2O
в почках.
Сократительные — актин, миозин; мышечные сокращения.
Запасные — ферритин; депонирует Fe в селезенку.
Токсины — нейротоксин; блокирует передачу нервного импульса.
Вывод по функциям: Если значение белков настолько велико, то именно эти вещества должны обладать совершенно особенными свойствами, обусловленными их строением, и, конечно, уникальным составом, в чем мы с вами убедились.
Информация о продуктах питания:
МОЛОКО.
Является источником биоценных белков, легко усваиваемых жиров, незаменимых жирных кислот, фосфатидов, витаминов— А,В2, С, РР; нормализует содержание холестерина в крови, используется в целях профилактики и лечения гастрита, язвы желудка, туберкулёза, сердечно-сосудистых заболеваний, стимулирует распад жира (липотрофный эффект) и синтез других белков в организме; обеспечивает более полное усвоение фосфора и кальция.
ТВОРОГ.
Повышает содержание метионина, предотвращает жировые отложения в печени, на его усвоение тратится меньше ферментов, желудочного сока и соляной кислоты.
СЫРЫ.
Возбуждающе действуют на нервную систему, не рекомендуется их употреблять перед сном.
ЯЙЦА.
Содержат в белке все незаменимые аминокислоты; желток содержит жирные кислоты и холестерин, однако благодаря большому содержанию лецитина холестерин яичного желтка практически не попадает в кровь и выводится с желчью .Наилучшее усвоение ценных компонентов яйца наблюдается при первичной денатурации белка, когда яйцо сварено всмятку.
МЯСО.
Является основным источником ценных белков (биоценные белки мышц: миогены, миозин, глобулины и др.) , повышает желудочную секрецию, возбуждает нервную систему, содержит железо, витамин группы С и В.
РЫБА.
Содержит важные микроэлементы и активный йод.
Учитель биологии:
Закончим мы наш урок словами С.Я.Надсона: (звучит музыка.)
Вот жизнь, вот что загадка!
Закон её мгновенье,
И нет среди людей такого мудреца
Кто мог сказать толпе, куда ее движенье
Кто мог бы уловить черты ее лица
То вся она печаль, то вся она приманка
То всё в ней блеск и свет
То всё позор и тьма
Жизнь—это Серафим и пьяная Вакханка
Жизнь—это океан и тесная тюрьма!
Заключение (учитель биологии)
-
Заполняются листы самоконтроля (они лежат на столах) см. приложение.
-
Собираются рабочие тетради для проверки конспекта урока.
-
Выставляются оценки за доклады.
Литература:
-
Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. В 3 томах. — М.: Мир, 1994.
-
Ресурсы Интернета.
-
Газета Биология «Первое сентября».
-
Учебник Химия 10-11 класс.
-
Ленинджер А. Основы биохимии. В 3 томах. — М.: Мир, 1985.
-
Страйер Л. Биохимия. В 3 томах. — М.: Мир, 1984.